维生素和矿物质的吸收机制及其缓解眼疲劳的潜力
维生素和矿物质的吸收机制及其缓解眼疲劳的潜力
随着电子设备的普及，视觉疲劳已成为现代人常见的健康问题。研究表明，维生素和矿物质作为人体必需的营养素和抗氧化剂，在缓解视觉疲劳方面发挥着重要作用。本文将为您详细介绍维生素和矿物质的吸收机制及其在保护眼睛健康方面的潜力。
维生素和矿物质的吸收机制
维生素的吸收机制
大多数维生素需要通过饮食获得，根据其溶解度可分为脂溶性维生素（FSV）和水溶性维生素（WSV）两大类。
脂溶性维生素（FSV）的吸收
FSV的吸收与脂质相似。首先，FSV在肠腔内被胆汁盐和磷脂乳化，并融入含有胆固醇、磷脂和脂肪酸的混合胶束中。其次，胶束通过被动扩散或特异性转运体携带后被肠上皮吸收。最后，到达基底外侧膜的FSV可以部分与膳食脂质结合到乳糜泻颗粒中，并释放到淋巴系统。也可通过ATP结合盒A1 （ABCA1）介导的高密度脂蛋白（HDL）分泌途径进入淋巴系统。随后，一部分乳糜颗粒被脂蛋白脂肪酶分解，使FSV被释放到组织中，而其他乳糜残留物被肝脏吸收和分解。FSV 在小肠上皮细胞质中的转运机制尚未得到充分研究。然而，值得注意的是，FSV之间在吸收过程中存在竞争或协同作用。此外，饮食中的各种混合脂质可以促进 FSV 吸收。FSV 吸收的机制详见图1。
图 1 FSV 在小肠中的吸收机制图
水溶性维生素（WSV）的吸收
WSV的吸收主要依靠钠离子的共转运体。但是，VB12必须首先与胃黏膜壁细胞分泌的内源性大麻素结合，并通过回肠上皮细胞膜上的特定受体，才能被吸收。吸收机制由图2所示。
图2 VB12在小肠中的吸收
膳食VC以2 种形式存在，即还原性抗坏血酸钠和氧化性脱氢抗坏血酸钠。B 族维生素包括硫胺素 （VB1）、核黄素 （VB2）、烟酸 （VB3）、泛酸 （VB5）、吡哆醇 （VB6）、生物素 （VB7）、叶酸 （VB9）和氰钴胺素（VB12）。每种 WSV 在小肠中的吸收机制详见图3。
图3 WSV在小肠中的吸收机制图
矿物质的吸收和运输机制
矿物质主要在小肠中被吸收，发生在小肠上皮细胞上的吸收机制主要是跨细胞运输途径，大致可分为3 个步骤。首先，矿物质通过与小肠上皮细胞刷状边界上的特定转运蛋白结合而进入细胞质。随后，矿物质从顶端细胞膜穿过细胞质移动到基底外侧细胞膜。最后，矿物质通过基底外侧膜输送到间质空间。在一些情况下，矿物质可以通过基底外侧膜中的蛋白质通道随浓度（或电位）梯度向下扩散。然而，在大多数情况下，矿物质在特殊蛋白质的协助下穿过基底外侧膜运输，这些蛋白质形成生物泵并消耗 ATP，以促进矿物离子随浓度（或电位）梯度运输到细胞外液中，并进一步进入血液，并与相应的蛋白质结合并循环到身体所需的器官。锌在眼睛中浓度更高，生理活性更强。因此，本文以锌为例详细描述了锌在眼内的吸收和转运机制。外源锌的膳食摄入主要在空肠吸收，部分在十二指肠吸收。转运过程主要受锌转运蛋白（ZnT）和锌/铁调节的转运蛋白样蛋白（ZIP）蛋白家族的调节。外，金属硫蛋白（MT）与细胞质中游离锌的结合或释放是影响肠上皮细胞中锌摄取的重要结合蛋白。锌在小肠上皮中摄取和运输的机制详见图4。
图4 锌在小肠上皮细胞中的吸收和运输机制
维生素和矿物质在缓解视觉疲劳中的作用
眼睛长时间暴露在强光下会导致新陈代谢活动增强和需氧量增加，这反过来又有助于眼睛中多种活性氧 （ROS）的产生，包括：超氧化物、过氧化氢和羟基自由基的大量积累，对视网膜造成氧化损伤，进一步导致炎症并导致视觉疲劳。此外，随着年龄的增长，RPE 活力下降，RPE 的衰老导致 MPOD 降低，诱发黄斑损伤并导致年龄相关性黄斑变性 （AMD）。同时，黄斑（视网膜的一部分）也可能发生类似的损伤表现，导致视网膜损伤，影响正常视力并诱发视觉疲劳。因此，清除过多的自由基积累和提高抗氧化和抗炎能力是缓解视觉疲劳的关键。
矿物质在辅助缓解视觉疲劳中的作用
协助提高抗氧化活性
在生物体中，GSH-Px、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）是3 大类抗氧化酶。其中，SOD是唯一已知的可以直接清除自由基的金属酶，它在哺乳动物中有 3 种形式：Cu/ZnSOD（SOD1）、MnSOD（SOD2）和细胞外SOD（ECSOD）。作为氧化代谢的场所，线粒体往往会积累过氧化物，对线粒体造成氧化损伤，导致其氧化和代谢反应中断，进而引起线粒体膜通透性的变化，诱导细胞色素C从线粒体释放到细胞质中，这一过程易触发一系列凋亡信号，导致PRE细胞凋亡或死亡，最终导致RPE和视网膜代谢功能障碍。相比之下，位于线粒体中的MnSOD可以有效去除过氧化物在其上的积累，并防止氧化应激诱导的小鼠PRE细胞凋亡。
铜和锌在动物的视觉周期和光感受器存活中起着关键和重要的作用。此外，两者均是维持眼睛抗氧化防御系统和视网膜存活的重要元素。铜是人体通过调节细胞色素氧化酶水平来维持正常细胞功能的必需矿物质。锌是视网膜中最丰富的矿物质，也是与MT结合主要金属之一。MT以其强大的自由基清除作用在许多生理和病理过程中发挥着重要作用，并且已经证明非酶抗氧化系统Zn-MT显著减少RPE细胞的氧化应激损伤。
硒是GSH-Px的活性中心，需要参与眼部抗氧化过程。其次，在泪液中可以检测到高浓度SeP，SeP充当硒的载体，为眼表提供所需的硒，从而保护眼表细胞免受氧化应激损伤。
上述研究证实锰、锌、铜和硒在眼睛抗氧化防御机制中的重要作用。它们主要作为人体抗氧化酶或非酶类抗氧化剂的结合金属，维持这些酶的抗氧化活性，从而参与眼睛的抗氧化过程，改善眼睛的氧化应激损伤。
辅助减少炎症损伤
ROS 是转录因子核因子-κB（NF-κB）激活的有效刺激剂，ROS 的过度积累会导致氧化应激，进而导致 NF-κB 信号通路的激活，从而导致促炎因子的表达水平增加，如单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）、白细胞介素-6（IL-6） 和 IL-1β， 最终导致炎症损伤。同时，ROS 倾向于氧化视网膜中的多不饱和脂肪酸，产生大量的脂质过氧化（LPO），导致产生大量与细胞内蛋白质和DNA结合的反应性醛，引发细胞炎症和细胞凋亡，并引起视觉疲劳。研究表明，矿物质中的锌可以有效缓解眼睛的炎症损伤，从而保护视网膜的正常生理功能。
协助减少与衰老相关的眼功能下降
研究表明，衰老与锌代谢受损有关。在AMD人群的RPE和脉络膜复合物中观察到低水平的锌和铜，表明矿物质代谢失调可能与AMD发展机制有关。此外，体外研究表明，RPE 细胞中的内源性锌和锌流入转运蛋白 ZIP4 水平都随着年龄的增长而降低，而膳食中补充锌可以减缓AMD进展。然而，单独使用单一的锌补充剂途径可能不足以产生具有临床意义的视力变化。因此，通过合理的营养匹配进行膳食补充是有效改善黄斑或视网膜损伤的关键。研究表明，改善衰老引起的黄斑或视网膜功能下降的有效策略是补充多种营养素。其中，锌与铜等营养素配合使用，对视细胞老化引起的视疲劳有较好的缓解作用。眼睛几种必需矿物质的主要作用和饮食来源详见图5。
图5 矿物质在眼睛和饮食来源中的主要作用
维生素在缓解视觉疲劳中的作用
维生素对视觉转导的重要性
VA在RPE细胞中含量较高，与视觉光导有关，是维持正常视觉功能所必需的微量营养素。VA，又称视黄醇，是一类具有视黄醇生物活性和A的化合物。为维持正常的暗光视觉，需不断补充VA来维持视网膜合成和整个暗视觉过程。同时，视网膜中的视锥细胞负责明亮的视觉，缺乏VA会导致白天视力受损。因此，VA 对于维持正常视力的功能非常重要。
有助于减少过氧化物积累和炎症损伤
VC是一种高效的抗氧化剂。视网膜含有高浓度的VC，反映了眼睛的高抗氧化需求。膳食补充剂含有VC的抗氧化剂产品可以恢复谷胱甘肽的水平，谷胱甘肽在视网膜中具有抗氧化活性，并抑制视网膜中的氧化应激损伤。研究表明，VC 可有效减少视网膜上的氧化损伤，并在维持视网膜和脉络膜健康方面具有重要作用。此外，VC、VB6、VD的缺乏可以导致严重的视觉功能障碍。这反映出多种维生素的摄入对视觉和眼部健康非常重要。
据报道，高血糖可诱导视网膜组织中炎性细胞因子的表达升高。这些炎症细胞的大量产生可能会刺激视网膜新生血管形成并进一步诱发血管性视网膜病变。
眼睛通过神经与大脑相连，从而传递从外界获得的信息。眼睛视网膜作为高代谢器官之一，需氧量高，也更易促进ROS的大量产生和损害，引起氧化应激损伤、炎症损伤等不良损伤。同时，大量ROS积累也会造成DNA损伤，可以通过激活DNA修复系统的信号分子，用来抵抗这种氧化应激损伤。研究表明，VB3可作为NAD+的重要前体物质，参与修复视网膜DNA损伤，改善视网膜炎症损伤和氧化应激损伤，保护视网膜神经细胞免受损伤。
上述研究表明，维生素主要作为生物相关分子的辅助因子或抗氧化剂，间接或直接参与抗氧化或抗炎途径，从而有助于眼睛健康。维生素A是维持正常视力和视觉转导过程中的重要营养素。几种眼睛必需维生素的主要作用和饮食来源详见图6。
图6 维生素在眼睛和饮食来源中的主要作用
结论
眼睛代谢活跃，耗氧量高，容易受到ROS攻击，导致氧化应激和炎症损伤。研究表明，矿物质参与抗氧化途径，主要是通过结合抗氧化酶或非酶促抗氧化剂，以减轻眼睛的氧化应激和炎症损伤。同时，衰老会导致眼睛中某些矿物质的浓度降低，矿物质与其他食物成分的结合干预可以有效缓解衰老引起的黄斑或视网膜损伤，从而进一步减轻眼睛疲劳。维生素作为必需营养素和抗氧化剂，参与体内的各种生理过程，因此在眼睛的抗氧化作用中起着直接或间接作用。因此，了解维生素和矿物质在体内的吸收模式，将有助于研究人员更全面地研究如何提高体内维生素和矿物质的生物利用度，从而充分利用膳食维生素和矿物质在缓解视觉疲劳方面的健康干预。
除VB12外，大多数WSV都依赖于钠转运体被吸收。脂溶性维生素和矿物质的吸收过程与脂质吸收过程类似，在形成混合胶束后，大部分被转运蛋白吸收，并进一步携带进入小肠上皮细胞，然后移动到细胞的基底外膜，在那里与膳食脂质共混合成乳糜颗粒，并进一步释放到淋巴系统。显然，维生素和矿物质在体内的吸收是一个复杂的过程，而转运蛋白是影响其吸收速度和浓度的关键因素之一。然而，关于维生素和矿物质的吸收仍有许多悬而未决的问题，尤其是关于小肠上皮顶端、细胞质和基底区域的转运蛋白类型。因此，应进行未来的研究来探讨体内维生素和矿物质吸收的机制。此外，人体消耗的食物基础复杂多样，人体对矿物质的吸收容易受到各种营养物质的影响。此外，个体差异和遗传因素会改变维生素和矿物质的吸收率。因此，在研究维生素和矿物质类保健食品的配方以缓解视觉疲劳时，不仅要考虑成分对维生素和矿物质基成分是否有协同作用，还要考虑产品的剂型、加工方法和服用方式在进入人体前是否有良好的稳定作用， 从而最大限度地发挥配方产品缓解视觉疲劳的效果。
参考文献：
DUAN H, GUO Y, REN C,et al.Mechanisms of vitamin and mineral absorption and their potential for eye fatigue relief[J]. Journal of Future Foods, 2025, 5(3):219-218.DOI:10.1016/j.jfutfo.2024.07.001.